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  <title>http2 | 小武子博客</title>
  








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          <h1 class="post-title" itemprop="name headline">http2</h1>
        

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              <time title="创建于" itemprop="dateCreated datePublished" datetime="2016-07-08T10:53:07+08:00">
                2016-07-08
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        <h3 id="主要内容"><a href="#主要内容" class="headerlink" title="主要内容"></a>主要内容</h3><ol>
<li>http发展史</li>
<li>http1.x存在的问题</li>
<li>HTTP2新增加功能</li>
</ol>
<h3 id="http发展史"><a href="#http发展史" class="headerlink" title="http发展史"></a>http发展史</h3><p><img src="/images/http2/4709000078b700d0bb22.jpeg" alt=""></p>
<h3 id="http1-x存在的问题"><a href="#http1-x存在的问题" class="headerlink" title="http1.x存在的问题"></a>http1.x存在的问题</h3><ul>
<li>协议规定客户端对同一域的迸发连接最多只能2个（浏览器实现一般2~8个），但是现代网页平均一个页面需要加载40个资源。</li>
<li>线头阻塞问题：同一个连接中的请求，需要一个接一个串行发送和接收</li>
<li>基于文本协议，请求和响应的头信息非常大，并且无法压缩。</li>
<li>不能控制响应优先级，必须按照请求顺序响应。</li>
<li>只能单向请求，也就是客户端请求什么，服务器只能返回什么。</li>
</ul>
<h3 id="HTTP2新增加功能"><a href="#HTTP2新增加功能" class="headerlink" title="HTTP2新增加功能"></a>HTTP2新增加功能</h3><a id="more"></a>
<h4 id="1-二进制分帧"><a href="#1-二进制分帧" class="headerlink" title="1. 二进制分帧"></a>1. 二进制分帧</h4><p>HTTP2在维持原有HTTP范式的前提下，实现突破性能限制，改进传输性能，实现低延迟和高吞吐量的其中一个关键是：<strong>在应用层（HTTP2）和传输层（TCP or UDP）</strong>之间增加了二进分帧层。<br><img src="/images/http2/162b00ac007dcd84.png" alt=""></p>
<p>帧（Frame）是 HTTP2 通讯中的最小传输单位，所有帧以固定的 9 个八位字节头部开头，随后是一个可变长度的有效载荷</p>
<figure class="highlight plain"><table><tr><td class="gutter"><pre><span class="line">1</span><br><span class="line">2</span><br><span class="line">3</span><br><span class="line">4</span><br><span class="line">5</span><br><span class="line">6</span><br><span class="line">7</span><br><span class="line">8</span><br><span class="line">9</span><br><span class="line">10</span><br></pre></td><td class="code"><pre><span class="line">帧结构图</span><br><span class="line"> +-----------------------------------------------+</span><br><span class="line"> |                 长度Length (24)                |</span><br><span class="line"> +---------------+---------------+---------------+</span><br><span class="line"> |   类型Type (8)    |   标志Flags (8)   |</span><br><span class="line"> +-+-------------+---------------+-------------------------------+</span><br><span class="line"> |R|                 流标识符Stream Identifier (31)               |</span><br><span class="line"> +=+=============================================================+</span><br><span class="line"> |                   帧载荷Frame Payload (0...)                 ...</span><br><span class="line"> +---------------------------------------------------------------+</span><br></pre></td></tr></table></figure>
<p>规范中一共定义了10个不同的帧，其中最基础的两种分别对应于HTTP1.x 的 DATA 和 HEADERS。</p>
<p>一个真正的HTTP2请求类似下图：</p>
<p><img src="/images/http2/162b00ac00ad3772.png" alt=""></p>
<h4 id="2-首部压缩"><a href="#2-首部压缩" class="headerlink" title="2.首部压缩"></a>2.首部压缩</h4><p>我们都知道<strong>HTTP协议本身是无状态</strong>的：每个请求之间<strong>互不关联</strong>，每个请求都需要携带服务器所需要的所有细节信息。比如说请求1发送服务器信息“我是用户A”，然后请求二发送信息“修改我的用户名为XX”，这时如果请求二没有携带“我是用户A”的信息，那么服务器是不知道要修改用户的用户名的。</p>
<p>这显然是不符合当前 web 应用系统架构的，因为一般系统都需要进行鉴权，日志记录，安全校验等限制，所以需要获取当前操作用户的信息，出于安全和性能考虑我们不能在消息体中明文包含这些信息，HTTP2 之前的解决方案一般是使用 Cookies 头、服务器session 等方式模拟出“状态”。而使用 Cookies 头的缺点就是每个请求都需要携带庞大的重复的信息并且无法压缩，假设一个请求的 header 是2kb，那么一百个请求就是重复的 200Kb 信息，这是一个巨大的带宽浪费。</p>
<p>HTTP2 增加了两个特性解决上述问题：</p>
<ul>
<li><a href="https://link.juejin.im/?target=http%3A%2F%2Fhttp2.github.io%2Fhttp2-spec%2Fcompression.html" target="_blank" rel="noopener">HPACK</a>，专门为头部压缩设计的算法，还被指定成单独的草案中。</li>
</ul>
<p><img src="/images/http2/162b00ac9f36d26c.png" alt=""></p>
<ul>
<li>首部表，HTTP2 在户端和服务器端使用“首部表”来跟踪和存储之前发送的键-值对，对于相同的数据，不再通过每次请求和响应发送；通信期间几乎不会改变的通用键-值对（用户代理、可接受的媒体类型，等等）只需发送一次。</li>
</ul>
<p><img src="/images/http2/162b00acb5991f30.png" alt=""></p>
<h4 id="3-http2支持服务器推送"><a href="#3-http2支持服务器推送" class="headerlink" title="3.http2支持服务器推送"></a>3.http2支持服务器推送</h4><p>这个功能通常被称作“缓存推送（cache push）”。主要的思想是：当一个客户端请求资源X，而服务器知道它很可能也需要资源Z的情况下，服务器可以在客户端发送请求Z前，主动将资源Z推送给客户端。这个功能帮助客户端将Z放进缓存以备将来之需。<br>服务器推送需要客户端显式的允许服务器提供该功能。但即使如此，客户端依然能自主选择是否需要中断该推送的流。如果不需要的话，客户端可以通过发送一个 RST_STREAM 帧来中止推送。<br>我们来看一下实际场景：现在我们访问一个网站，第一个请求一般是获取 Document 页面，然后浏览器解析这个页面，在遇到需要资源获取的时候（css、js、图片等），再去发起资源获取请求，如下图：</p>
<p><img src="/images/http2/162b00acdd76dd1f.png" alt=""></p>
<p>为了加速这个过程，减少白屏时间，传统的做法是把首页需要的资源都内联到 Document 中，还有合并资源比如 CSS sprites，js 压缩合并等。如下图：</p>
<p><img src="/images/http2/162b00ad267dee2d.png" alt=""></p>
<p>在 HTTP2 的场景下，客户端在请求 Document 的时候，服务器如果知道页面需要的资源有哪些，就可以把那些资源也一同返回了：</p>
<p><img src="/images/http2/162b00ad297f1b6d.png" alt=""></p>
<p>使用 HTTP2 的多路复用和服务器推送功能，并不意味着可以减少甚至抛弃使用 CDN，因为 CDN 带来的现实地理位置上延迟减少是 HTTP2 所不能解决的，反而我们应该思考的是如何把 HTTP2 和 CDN 结合起来，进一步提升网络服务的效率和稳定性，减少延迟。</p>
<h4 id="4-多路复用（Multiplexing）和流"><a href="#4-多路复用（Multiplexing）和流" class="headerlink" title="4.多路复用（Multiplexing）和流"></a>4.多路复用（Multiplexing）和流</h4><blockquote>
<p>上一节提到的 Stream Identifier 将 HTTP2 连接上传输的每个帧都关联到一个“流”。流是一个独立的，双向的帧序列，可以通过一个 HTTP2 的连接在服务端与客户端之间不断的交换数据。<br>每个单独的 HTTP2 连接都可以包含多个并发的流，这些流中交错的包含着来自两端的帧。流既可以被客户端/服务器端单方面的建立和使用，也可以被双方共享，或者被任意一边关闭。在流里面，每一帧发送的顺序非常关键。接收方会按照收到帧的顺序来进行处理。</p>
</blockquote>
<p>“流”是一个逻辑上的概念（没有真正传输流这么个东西），是 HTTP2 连接中在客户端和服务器之间交换的独立双向帧序列，这就是为什么在规范中的 stream 也是用双引号括起来的原因。从上一节我们可以知道，HTTP2 的传输单位是帧，流其实就是一个帧的分组集合的概念，为什么需要这个逻辑集合呢？答案就在多路复用。</p>
<p>多路复用是解决 HTTP1.x 缺陷第一点（并发问题）和第二点（HOLB线头问题）的核心技术点。</p>
<h4 id="5-优先级与依赖性"><a href="#5-优先级与依赖性" class="headerlink" title="5.优先级与依赖性"></a>5.优先级与依赖性</h4><p>每个流都包含一个优先级（也就是“权重”），它被用来告诉对端哪个流更重要。当资源有限的时候，服务器会根据优先级来选择应该先发送哪些流。</p>
<p>借助于PRIORITY帧，客户端同样可以告知服务器当前的流依赖于其他哪个流。该功能让客户端能建立一个优先级“树”，所有“子流”会依赖于“父流”的传输完成情况。<br>优先级和依赖关系可以在传输过程中被动态的改变。这样当用户滚动一个全是图片的页面的时候，浏览器就能够指定哪个图片拥有更高的优先级。或者是在你切换标签页的时候，浏览器可以提升新切换到页面所包含流的优先级。</p>
<h4 id="浏览器与服务器已经对http2协议提供了支持："><a href="#浏览器与服务器已经对http2协议提供了支持：" class="headerlink" title="浏览器与服务器已经对http2协议提供了支持："></a>浏览器与服务器已经对http2协议提供了支持：</h4><p><img src="/images/http2/162b00ac006aa53c.png" alt=""></p>
<h4 id="总结："><a href="#总结：" class="headerlink" title="总结："></a>总结：</h4><p>HTTP2能带来的好处：</p>
<ol>
<li>更小的传输体积，更小或者省略重复的头消息</li>
<li>突破原有的 TCP 连接并发限制，使用一个 TCP 连接即可实现多请求并发，单链接也能减轻服务端的压力（更少的内存和 CPU 使用）</li>
<li>解决 HOLB 线头问题，慢的请求或者先发送的请求不会阻塞其他请求的返回</li>
<li>结合 CDN 提供实时性更高，延迟更低的内容分发代理服务，大大减少白屏时间</li>
<li>数据传输优先级可控，使网站可以实现更灵活和强大的页面控制</li>
<li>能在不中断 TCP 连接的情况下停止（重置）数据的发送</li>
</ol>
<p>参考资料：</p>
<p><a href="https://juejin.im/post/5acccf966fb9a028d043c6ec" target="_blank" rel="noopener">HTTP2基本概念学习笔记</a></p>
<p><a href="https://juejin.im/entry/57fa127d816dfa0056b7d710" target="_blank" rel="noopener">HTTP 2.0 的那些事</a></p>
      
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